用于控制动力总成的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于控制动力总成的方法，该动力总成包括燃料电池单元和用于存储由该燃料电池单元产生的多余电能的电能存储系统。该方法包括：

【技术实现步骤摘要】
用于控制动力总成的方法


[0001]本专利技术涉及一种用于控制动力总成的方法，该动力总成包括一个或多个燃料电池单元和电能存储系统。本专利技术还涉及一种动力总成、控制单元、车辆、计算机程序和计算机可读介质。
[0002]尽管本专利技术将关于卡车进行描述，但是本专利技术不限于这种特定车辆，而是也可以用于诸如乘用车和越野车的其他类型的车辆。本专利技术还可以应用于船舶和固定应用，诸如并网辅助发电机或独立于电网的发电机。

技术介绍

[0003]燃料电池系统可以用作电池的替代或补充，以为电动车辆提供动力，但是也可以用于固定应用，诸如并网和独立于电网的发电机。
[0004]当燃料电池系统在低电流密度下操作时，燃料电池的极化电池电压升高，进而对燃料电池的耐用性产生负面影响。为了避免燃料电池劣化，设定了可操作的最大极化电池电压，这意味着在实践中燃料电池的最低操作功率是有限的。在某些情况下，诸如当由燃料电池系统提供动力的车辆下坡行驶时，燃料电池系统可能因此以比考虑到车辆的功率需求所需的更高的功率下操作。在这种情况下，由燃料电池系统产生的多余电力可以存储在电池中。然而，当电池达到其最大荷电状态SoC时，由燃料电池系统产生的功率反而会被耗散并由此被浪费。
[0005]为了避免能量耗散，存在控制策略，当电池的SoC相对较高且功率需求较低时，根据该控制策略关断燃料电池系统。US20160046204公开了用于控制车辆的燃料电池系统的这种方法，其中取决于车辆的预测的功率需求和电池的SoC控制燃料电池开启或关断。然而，开启和关断燃料电池与燃料电池的劣化相关联，从而缩短其使用寿命。

技术实现思路

[0006]本专利技术的主要目的是提供一种至少在一些方面改进的用于控制动力总成的方法，该动力总成包括燃料电池单元和电能存储系统。具体地，目的是提供这样一种方法，该方法解决了与燃料电池单元的启动和关闭有关的燃料电池单元的劣化。
[0007]根据本专利技术的第一方面，至少该主要目的是通过根据权利要求1的方法来实现的。
[0008]因此，提供了一种用于控制动力总成的方法。该动力总成包括燃料电池单元和用于存储由该燃料电池单元产生的多余电能的电能存储系统。可以由动力总成的控制单元来执行的该方法包括：
[0009]‑
预测对在预测时间范围内来自该动力总成的功率输送的功率需求，
[0010]‑
获得该电能存储系统的荷电状态SoC和功率容量中的至少一者，
[0011]‑
基于该预测的功率需求和该获得的SoC和/或功率容量，标识该预测时间范围内的时间段，在该时间段期间，该动力总成被预期能够在该燃料电池单元关闭的情况下根据该预测的功率需求来输送功率或者至少被预期能够以关于该预测的功率需求确定的最小
功率水平来输送功率，
[0012]‑
响应于该标识的时间段大于时间阈值而控制该动力总成在该标识的时间段的至少一部分期间关闭该燃料电池单元。
[0013]因此，根据本专利技术，动力总成可以在某些时间段期间在燃料电池关断的情况下操作。通过设定时间阈值并将标识的时间段与时间阈值进行比较，可以在由于例如由于燃料电池关闭和启动而引起的燃料电池劣化导致这种操作模式不理想时避免在较短的时间段期间关断燃料电池单元。相反，只有当关闭燃料电池单元的优点(诸如降低燃料消耗和提高能量效率)胜过缺点(诸如燃料电池单元更快老化)时，才可以这样做。
[0014]在该时间段期间，动力总成被预期能够根据功率需求或至少以最小功率水平来输送功率。最小功率水平在本文中是相对于预测的功率需求设定的。通常，动力总成可能能够在该时间段的大多数部分内(诸如超过80％的时间段或更多，诸如超过90％的时间段，或者优选地在整个时间段内)根据功率需求来输送功率。因此，可以接受具有较低功率的较短时间间隔，只要较低功率不下降到低于定义的最小功率即可。可以取决于性能要求设定最小功率水平。例如，在车辆应用中，可以设定最小功率水平使得车辆能够至少以预定车辆速度行驶。
[0015]通过控制动力总成在标识的时间段的至少一部分期间关闭燃料电池单元，动力总成意图在标识的时间段的至少一部分期间(诸如在整个标识的时间段期间或在标识的时间段的从用于关闭燃料电池单元的标识的适当时间点开始的一部分期间)在燃料电池关断的情况下操作。因此，在该时间段的至少一部分期间，动力总成以纯电动模式(即，仅使用来自电能存储系统的电力)来操作，或者以混合模式(仅使用来自电能存储系统的功率和来自动力总成的另一个燃料电池的功率)来操作。动力总成可以包括一个以上的燃料电池单元，在这种情况下，该燃料电池单元可以独立地或作为单个系统被控制。
[0016]该时间段可以被理解为期间动力总成可以在燃料电池单元关断且不违反由预测的功率需求和/或最小功率水平定义的任何功率极限并且不违反电能存储系统(下文也称为ESS)的任何SoC极限的情况下操作的时间段。SoC是ESS中在特定时间点可用的能量大小的量度，其通常被表达为充满电的电能存储系统中的能量大小的百分比。
[0017]如本文中所使用的术语“功率容量”是指ESS的充电和放电容量。例如，如本文中所使用的术语“功率容量”通常是指ESS内的电池的充电和放电容量。电池充电和放电的容量通常是指在电池的正常使用情况下(诸如在车辆中)电池的状态。例如，功率状态SoP是指示ESS的功率容量的操作参数的一个示例。ESS的SoP由最大恒定电流幅度或功率幅度定义，ESS可以在以下关注的时间范围(即，预测时间范围)内在该最大恒定电流幅度或功率幅度下连续地充电或放电，而不会违反任何电池单元级操作约束。ESS的SoP可以根据电流幅度和功率幅度中的一者或两者来确定。
[0018]当燃料电池单元关断时，由于来自ESS的能量被消耗，因此ESS的SoC将随时间推移而减少。SoC值随时间推移的演变是初始SoC和功率需求的函数。因此，可以根据预测的功率需求和ESS的初始SoC来计算在预测范围内作为时间的函数的SoC值，其可以纯粹例如根据ESS的测量的开路电压(OCV)来估计和/或使用库仑计数来确定。因此，获得ESS的SoC可以包括基于最初获得的SoC和预测的功率需求来计算作为时间的函数的SoC。初始SoC值可以从ESS的控制系统(诸如电池管理单元或类似单元)接收，或者基于从ESS接收的测量数据来计
算。
[0019]ESS实际可以输送的功率或电流取决于ESS的SoC。功率容量随着SoC的增加而增加，使得充满电的ESS可以输送比具有相对较低SoC的ESS更高的输出功率。因此，当ESS的作为SoC的函数的最大输出功率已知时，获得的SoC可以用于确定最大输出功率，该最大输出功率进而可以与预测的功率需求进行比较以确定功率总成是否被预期能够在燃料电池单元关闭的情况下根据预测的功率需求输送功率。
[0020]当标识的时间段小于时间阈值时，燃料电池单元保持开启。
[0021]任选地，该标识的时间段是期间该动力总成被预期能够在不违反该电能存储系统的最小SoC极限的情本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于控制动力总成(1)的方法，所述动力总成(1)包括燃料电池单元(2、3)和用于存储由所述燃料电池单元(2、3)产生的多余电能的电能存储系统(4)，所述方法包括：
‑
预测(S1)对在预测时间范围(Δt)内来自所述动力总成的功率输送的功率需求(P)，
‑
获得(S2)所述电能存储系统(4)的荷电状态SoC和功率容量中的至少一者，
‑
基于所述预测的功率需求(P)和所述获得的SoC和/或功率容量，标识(S3)所述预测时间范围(Δt)内的时间段(δt)，在所述时间段(δt)期间，所述动力总成(1)被预期能够在所述燃料电池单元(2、3)关闭的情况下根据所述预测的功率需求(P)来输送功率或者至少被预期能够以关于所述预测的功率需求确定的最小功率水平来输送功率，
‑
响应于所述标识的时间段(δt)大于时间阈值(dt)而控制(S4)所述动力总成(1)在所述标识的时间段(δt)的至少一部分期间关闭所述燃料电池单元(2、3)。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述标识的时间段是期间所述动力总成(1)被预期能够在不违反所述电能存储系统(4)的最小SoC极限(SoC
min
)的情况下根据所述预测的功率需求(P)或以所述最小功率水平输送功率的时间段。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中标识(S3)所述时间段(δt)包括：
‑
将所述预测的功率需求(P)与至少一个功率需求阈值(P
th1
、P
th2
)进行比较，以及任选地
‑
将所述获得的SoC与至少一个SoC阈值(SoC
th1
、SoC
min
)进行比较，和/或将所述功率能容量与至少一个功率容量阈值进行比较。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中标识(S3)所述时间段(δt)包括标识在其处满足预定第一标准的第一时间点(t1)和在其处满足预定第二标准的第二时间点(t2)，其中所述第一和第二时间点(t1、t2)是所述时间段(δt)的相应端点。5.根据权利要求4所述的方法，其中当所述预测的功率需求(P)低于第一功率需求阈值(P
th1
)时以及任选地当所述SoC高于第一SoC阈值(SoC
th1
)时和/或当所述功率容量高于第一功率容量阈值时，认为满足所述预定第一标准。6.根据权利要求4或5所述的方法，其中当所述预测的功率需求(P)高于第二功率需求阈值(P
th2
)时以及任选地当所述SoC低于第二SoC阈值时和/或当所述功率容量低于第二功率容量阈值时，认为满足所述预定第二标准。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中预测(S1)所述功率需求(P)包括预测在所述预测时间范围(Δt)内作为时间(t)的函数的瞬时功率需求(P(t))，并且其中标识(S3)所述时间段(δt)包括将所述预测的瞬时功率需求P(t)与至少一个功率需求...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯塔凡，
申请(专利权)人：沃尔沃卡车集团，
类型：发明
国别省市：